Расчет распределения давления и температуры по длине шлейфов

 

     

 К                          , МПа.                        (4.5) 

      Далее находим коэффициент сверхсжимаемости газа при рабочих z_р и нормальных условиях z_н.

      Секундный расход газа, м³/с 

                                                  (4.6) 

где Q - расход газа в нормальных условиях, млн.м³/сут;

      P_н - давление в начале шлейфа, МПа;

      z_р, z_н - коэффициенты сжимаемости газа при рабочих и нормальных условиях соответственно.

     Скорость  газа в шлейфе, м/с 

       ,                                                 (4.7) 

где d_вн - внутренний диаметр шлейфа, м.

      Коэффициент теплообмена между газом и  стенкой трубы определяют по формуле 

                                           (4.8) 

где λ_гр - коэффициент теплопроводности грунта, Вт/(м²·^°С);

        h - расстояние от поверхности земли до оси трубы, м.

      Коэффициент теплопередачи рассчитывают по формуле 

     ,    (4.9) 

где α_т - коэффициент теплоотдачи от трубопровода в грунт, Вт/(м²·^°С);

      λ_м - коэффициент теплопроводности металла труб, Вт/(м²·^°С);

      λ_из - коэффициент теплопроводности изоляционного материала, Вт/(м²·^°С);

α_вн - коэффициент теплообмена между транспортируемым газом и стенкой труб, Вт/(м²·^°С).

   Плотность газа в рабочих условиях, кг/м³ 

    ,                                            (4.10) 

где ρ_о - плотность газа в нормальных условиях, кг/м³;

      Р_р - рабочее давление, МПа;

      Т_р - рабочая температура, К;

      Т_н - нормальная температура, 293 К;

       Р_н - нормальное давление, 0,102 МПа;

       z_р,z_н - коэффициенты сжимаемости газа при рабочих и нормальных условиях соответственно.

     Число Рейнольдса определяем по формуле 

       ,                                       (4.11) 

где ω - скорость потока газа в шлейфе, м/с;

      d_вн - внутренний диаметр шлейфа, м;

      ν – кинематическая вязкость  потока, Па·с;

      μ - динамическая вязкость потока, м/с.

    Коэффициент гидравлического сопротивления газопровода определяется по формуле 

       ,                                  (4.12) 

где К_ш - шероховатость стен труб, мкм.

      Изобарная теплоемкость газа с содержанием  метана более 85% рассчитывается по формуле 

,кДж/(кг^.К);           (4.13) 

где Т_р- рабочая температура, К;

       Р_р - рабочее давление, МПа.

      Параметр  Шухова определяется по формуле 

,                                                           (4.14) 

где К - коэффициент теплопередачи от транспортируемого газа к окружающей среде, Вт/(м²·^°С);

      С_р - изобарическая теплоемкость газа, кДж/(кг·К);

      Δ - относительная плотность газа  в нормальных условиях, определяется  по уравнению 

,                                               (4.15)

где ρ_г, ρ_в – плотность газа и воздуха соответственно;

      М_г - молекулярная масса газа;

      29 - молекулярная масса воздуха.

      Средняя температура газа на расчетном участке  определяется по формуле 

       ,                                    (4.16) 

где Т_гр - температура грунта на глубине прокладки, К;

      Т_н - температура газа на начальном участке газопровода, К;

      е - основание натуральных логарифмов, е=2,718;

      α - параметр Шухова.

      Давление газа в конце шлейфа определяется по формуле 

       ,                                   (4.17) 

      При известном значении P_к давление на заданном участке газопровода определяется по формуле 

       ,                                          (4.18) 

где х  – расстояние от начала до расчетной  точки газопровода, км.

      Среднее давление газа в шлейфе определяется по формуле 

       ,                                          (4.19)

      Температура газа на заданном участке газопровода определяется по формуле 

       ,                     (4.20) 

где D_i - эффект Джоуля-Томсона, К/МПа.

      Среднее значение коэффициента Джоуля-Томсона  для газов с содержанием метана более 85% определяется по формуле  

       ,                                         (4.21)

      Рассчитываем  температуру гидратообразования по формулам.

      При положительных температурах: 

T₂ = 18,47·lgP-B+18,65 + 273, K.                                (4.22) 

     При отрицательных температурах: 

T₂ = 58,5·lgP+B-59,3265 + 273, К. 

      В соответствии с принятыми исходными  данными был произведен гидравлический и тепловой расчет шлейфов с использованием выше приведенных формул и электронных расчетных таблиц Excel.

      Результаты  гидравлического и теплового  расчета шлейфов приведены в таблице 4.2, 4.3, 4.4, 4.5. 
 

Таблица 4.2 Распределение давления по длине шлейфов скважин

 

Таблица 4.3 Распределение температуры по длине шлейфов скважин

 
 

Таблица 4.4 Распределение температуры гидратообразования по длине шлейфов скважин

 

      Продолжение табл. 4.4

 

После проведения расчетов производим построение графических зависимостей, рисунок 4.1, 4.2, 4.3, 4.4.